CN102721525A - 一种淹没射流测试箱及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种淹没射流测试箱及测试方法，包括箱体、射流进水口、视窗、压力表接口、放气口、夹持器、进给装置接口、液流阀口和泄流口等。其可以在实验室实验过程中，提供淹没流场环境，模拟接近工程实际的淹没射流；结合其他测试仪器，观测淹没射流流场结构；结合三维激光粒子成像测速仪（3DPIV）系统观测淹没条件下喷嘴出口处射流等速核；分析不同喷嘴射流流场结构的变化，优化喷嘴内部结构；分析淹没磨料射流测试中磨料颗粒的加速机理与分布情况；同时，还可以用于淹没条件下切割、冲蚀物料的观测实验。本发明结构简单，操作方便，容易更换喷嘴，具有多种测试功能，与其他射流测试装置相比，不仅能够测试淹没条件下射流的流场结构，同时可以多次重复利用，节约实验经费。

Description

一种淹没射流测试箱及测试方法

技术领域

本发明涉及水射流测试装置，具体涉及一种淹没射流测试箱，适用于通过光学观测仪器测试淹没状态下的射流结构，通过3DPIV测试淹没条件下喷嘴出口射流等速核，测试不同参数喷嘴的射流结构，测试淹磨料射流中磨料颗粒的加速机理与分布情况以及淹没条件下冲蚀物料实验。 

背景技术

高压水射流技术作为一种高效的切割、破碎和清洗技术目前已被广泛地应用于采矿、化工、航天、交通等十几个行业，尤其在石油工业中的应用带来了巨大的经济和社会效益。水射流在实际工程中的应用都是在淹没条件下完成的，然而目前对水射流结构的研究大多还停留在非淹没条件下，测试结果与工程实际存在较大差异。结合其它测试仪器很难记录淹没磨料射流中磨料颗粒的加速机理。少部分在淹没条件下对射流结构的研究同样存在无法采用非接触式方法的问题。另外，目前对于淹没条件下的射流结构测试实验没有一个合适的测试装置。 

发明内容

本发明的目的是提供一种淹没射流测试箱及测试方法，用于提供淹没环境，且能够与多种测试仪器配合完成不同条件下的淹没射流测试。 

本发明的技术方案如下： 

一种淹没射流测试箱，其包括箱体，在箱体的顶盖和前后壁上设置有玻璃视窗，在箱体的一侧壁上装有用于安装喷嘴的射流进水口，在箱体的另一侧侧壁上安装有用于夹持物料的夹持器，夹持器一端深入箱体内部，另一端与进给装置配合连接，可以前后伸缩，进给装置安装在箱体外壁；在箱体顶部设置有压力表接口和放气口，在箱体的侧壁上部还安装有液流阀口，侧壁下部还安装有泄流口。

上述淹没射流测试箱可以提供一个方便仪器和人工观察的淹没射流测试环境；在箱体上设置的安装喷嘴的射流进水口，可以模拟接近工程实际的淹没射流，实现对淹没条件下的射流结构的测试；所述夹持器可以在做物料冲蚀试验中夹持物料；所述夹持器和进给装置配合使用，可以改变冲蚀试验中冲蚀物料的靶距。 

进一步，射流进水口设置有三个，在箱体的同一侧壁上呈直角三角形分布，其中两个射流进水口位于同一水平面上，第三个射流进水口位于其中一个射流进口的正上方。这样三个不同位置的射流进水口可以使流体从不同进口进入测试箱，获得不同视角的射流影像，方便从不同位置观测射流结构。如流体从射流进口进入测试箱，可以拍摄更加清晰的射流结构；射流流体从射流进水口进入测试箱，可以更加容易地拍摄流体结构；射流流体从射流进口进入测试箱，可以作为常规观测。 

另外，所述玻璃视窗通过螺栓与箱体的侧壁或顶盖连接，四周用钢板压边，玻璃视窗与箱体之间还设有高压密封垫圈。这样可以保证玻璃视窗与箱体连接的可靠性，并保证整个箱体能有效的承受高压。 

所述玻璃视窗采用均质平面钢化玻璃，这即有利于拆卸更换喷嘴，又能有效地避免由于光线折射与反射对观测产生不利影响。 

可见，本发明解决了传统射流结构测试大多存在不能兼顾淹没条件和非接触条件的问题。淹没条件与非淹没条件下的射流结构存在较大差异，而接触式相对于非接触式测试对射流结构存在一定影响，不能真实反映射流结构。本发明不仅能够提供一种淹没条件下的射流，而且同时可以采用非接触式方法测试射流结构，能够更加真实的反映射流的原始结构。同时，结合其他测试仪器，本发明既能用于测试淹没条件下不同喷嘴的射流结构，优化喷嘴；又能测试淹没磨料射流中磨料颗粒的加速机理。另外，本发明还能够用于测试淹没条件下冲蚀物料的实验，并且借助影像设备记录微观条件下射流流体或者磨料颗粒与物料接触瞬间的变化情况。 

本发明的有益效果：能够提供一种淹没射流环境，同时对射流结构进行非接触式测试；淹没条件下，高速相机可以更加完整的拍摄记录射流出口处的等速核；结构简单，可以在淹没条件下直接更换喷嘴，操作方便；在测试淹没磨料射流过程中，能够更好的记录磨料颗粒的运动轨迹，同时防止磨料颗粒飞出射流边界更加安全；具有多种测试功能，与其他射流测试装置相比，不仅能够测试淹没条件下射流的流场结构，同时可以多次重复利用，节约实验经费。 

附图说明

图1是本发明的正视图； 

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的A—A剖面图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本测试箱包括箱体14、玻璃视窗4、5、6、射流进水口1、2、3、夹持器10、进给装置12、压力表接口8、放气口9、液流阀口11和泄流口13等。 

玻璃视窗6在箱体的顶盖上，四周用钢板压边，通过螺栓与顶盖7连接，顶盖7通过螺栓与箱体14连接。玻璃视窗4、5在箱体的前后壁上，四周用钢板压边，也通过螺栓分别连接箱体14上。测试时，3DPIV系统（三维激光粒子成像测速仪）的激光可以通过玻璃视窗6射入测试箱中的射流流体上，高速相机可以通过玻璃视窗5拍摄射流流体结构，实验人员可以通过玻璃视窗4直接观察射流流体。玻璃视窗4、5、6的钢化玻璃均为均质平面玻璃，可以有效避免激光射入测试箱时产生折射与反射现象，并且与箱体14之间还设有高压密封垫圈，玻璃视窗具有5MPa以上的承压能力。 

射流进水口1、2、3装在箱体14的左侧壁上，射流进水口1安装在箱体的左侧壁中间，射流进水口3装在射流进水口1上方，射流进水口2装在射流进水口1的正后方，三个射流进水口成直角三角形分布。射流进水口1、2、3用于安装喷嘴，通过打开箱体的顶盖7，可以拆卸更换喷嘴，测试不同喷嘴的射流结构。 

夹持器10与进给装置12配合连接，安装在箱体右侧壁上，夹持器10深入箱体内部，进给装置12安装在箱体14右侧外壁。夹持器10可以在冲蚀物料实验中夹持物料，同时与进给装置12配合可以改变冲蚀实验中的冲蚀靶距。 

压力表接口8和放气口9顶部，安装在箱体，通过无缝焊接与箱体14配合连接，压力表接口8通过螺栓与一压力表配合，放气口9通过U型卡与一单向阀连接。液流阀口11安装在箱体14右侧壁左上角，泄流口13安装在箱体14右侧壁右下角，液流阀口11和泄流阀口13分别通过法兰盘与进水管和出水管配合连接。与进给装置12配合来控制箱体中的水量和压力。 

本发明的测试过程如下： 

（1）通过螺栓将玻璃视窗分别安装在箱体上，然后将箱体安装在射流试验台上，通过U型卡将进水管连接到射流进水口上，将喷嘴安装在射流进水口上，同时将压力表连接到箱体上的压力表接口上，并与压力传感器配合连接。

（2）通过液流阀口与水管连接，打开出气口单向阀，向箱体内注满水或者其他液体，关闭放气口单向阀继续注水会其他液体，根据压力表调节测试箱内的压力。 

（3）通过视窗与3DPIV系统配合，即激光由顶面视窗射向射流束，高速相机通过后视窗拍摄记录射流结构和流场，同时实验人员可以通过前视窗观察射流结构以及调节激光和相机的位置。 

（4）通过选择射流进水口改变射流进入箱体的位置，与3DPIV系统配合获取不同视角的射流结构影像资料； 

（5）通过打开顶盖更换喷嘴，测试不同结构喷嘴的射流结构和流场，优化喷嘴结构参数；

（6）通过在射流中加入磨料，测试磨料颗粒在射流中的加速机理和运动轨迹；

（7）通过用夹持器夹持物料，测试射流在淹没状态下的冲蚀能力，配合3DPIV系统拍摄微观状态下射流冲蚀物料瞬间的变化情况；

（8）通过进给装置与夹持器配合改变冲蚀物料实验的靶距，测试射流在不同靶距下的冲蚀能力，优化喷嘴结构。

Claims (5)

1.一种淹没射流测试箱，其特征在于：其包括箱体（14），在箱体（14）的顶盖和前后壁上设置视窗（4、5、6），在箱体（14）的一侧壁上装有用于安装喷嘴的射流进水口，在箱体的另一侧壁上安装有用于夹持物料的夹持器（10），夹持器（10）一端深入箱体（14）内部，另一端与进给装置（12）配合连接，可以前后伸缩，进给装置（12）安装在箱体（14）外壁；在箱体（14）顶部设置有压力表接口（8）和放气口（9），在箱体（14）的侧壁上部还安装有液流阀口（11），侧壁下部还安装有泄流口（13）。

2.根据权利要求1所述的淹没射流测试箱，其特征在于：所述射流进水口设置有三个，在箱体的同一侧壁上呈直角三角形分布，其中射流进水口（1）和（2）位于同一水平面上，射流进水口（3）位于射流进口（1）的正上方。

3.根据权利要求1所述的淹没射流测试箱，其特征在于：所述视窗通过螺栓与箱体的侧壁或顶盖连接，四周用钢板压边，视窗与箱体（14）之间还设有高压密封垫圈。

4.根据权利要求1所述的淹没射流测试箱，其特征在于：所述视窗采用平面钢化玻璃。

5.一种利用权利要求1-4所述测试箱进行淹没射流测试的方法，其包括以下步骤：

（1）测试箱安装在射流试验台上，将进水管连接到射流进水口上，将喷嘴安装在射流进水口上，同时将压力表连接在箱体的压力表接口上，并与压力传感器配合连接；

（2）通过液流阀口与水管连接，与出气口配合使用，将箱体内注满水或者其他液体，根据压力表调节测试箱内部的压力；

（3）通过视窗与三维激光粒子成像测速仪（3DPIV系统）配合，即让激光由顶面视窗射向射流束，高速相机通过后方视窗拍摄记录射流结构和流场，同时实验人员通过前方视窗观察射流结构以及调节激光和相机的位置； 

（4）通过选择射流进水口改变射流进入箱体的位置，与3DPIV系统配合获取不同视角的射流结构影像资料；

（5）通过打开顶盖更换喷嘴，测试不同结构喷嘴的射流结构和流场，优化喷嘴结构参数；

（6）通过在射流中加入磨料，测试磨料颗粒在射流中的加速机理和运动轨迹；

（7）通过用夹持器夹持物料，测试射流在淹没状态下的冲蚀能力，配合3DPIV系统拍摄微观状态下射流冲蚀物料瞬间的变化情况；

（8）通过进给装置与夹持器配合改变冲蚀物料实验的靶距，测试射流在不同靶距下的冲蚀能力，优化喷嘴结构。

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